現(xiàn)實世界在空間上應(yīng)該是三維的，即地球上任何一個地點的定位信息應(yīng)該包括經(jīng)度、緯度和高程。在一些情況下，二維GIS可較好地表述地表的形態(tài)，但大多情況下，二維信息很難表示復(fù)雜的三維世界，例如一棟大樓內(nèi)幾十家公司的興趣點信息的表示，地下工程與地面景物的關(guān)系等。
三維的信息總是比二維的逼真和豐富多彩，這也是人們對于信息化深度挖掘與應(yīng)用的需求。在計算機(jī)上1；構(gòu)現(xiàn)實世界的研究已有數(shù)十年，各種三維的CAD、CAM設(shè)計軟件和專業(yè)三維信息系統(tǒng)早已問世，但這些軟件主要是用于小型的、離散的三維對象的可視化和分析。而三維GIS的功能更強(qiáng)大，能夠描述一個小區(qū)、一條街道甚至是一座城市的三維景觀，在城市規(guī)劃建設(shè)中，還可為項目選址、項目比對、環(huán)境熱分析等提供立體的可視化和空間分析手段。因此，在智慧城市研究中運用三維GIS十分必要，否則就不可能“全面感知”、“充分整合”結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容豐富的現(xiàn)代城市。
眾所周知，傳統(tǒng)的二維GIS經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且已經(jīng)基本實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和社會化。但如今二維信息已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)社會的需求，因為我們生活在豐富多彩的立體世界之中，為了模擬這個現(xiàn)實世界必須使用三維信息系統(tǒng)。基于二維GIS的信息系統(tǒng)使人的認(rèn)識空間（三維世界） 與處理問題的 *** 空間（二維地圖）并不一致： 二維GIS使用（x，y）表示空間位置，它本質(zhì)上是一個基于抽象符號的系統(tǒng)；而三維GIS使用（x，y，z）表示空間位置。三維GIS不僅可提供三維的可視認(rèn)知，還具有三維空間分析功能。隨著計算機(jī)技術(shù)和二維GIS的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，人們逐漸表現(xiàn)出對使用三維GIS展現(xiàn)真實世界的渴望，因為更少的抽象意味著更多的真實信息得以體現(xiàn)。此外，各種三維GIS在軍事指揮、電子沙盤及地形仿真、數(shù)字城市、房地產(chǎn)展示、環(huán)保與氣象仿真、城市微氣候和大氣污染模擬、地質(zhì)構(gòu)造模擬和地下管線管理等領(lǐng)域都有明顯的優(yōu)越性和不可替代性。
長期以來，三維GIS的研究人員一直將精力集中在三維數(shù)據(jù)的 海量存儲和可視化上，直到2005年Google Earth的橫空出世，給整個三維GIS界帶來了極大的沖擊，它開啟了全新的三維GIS時代，讓我們體驗了三維虛擬地球的魅力。Google Earth展現(xiàn)了海量 數(shù)據(jù)的瀏覽和管理功能，讓人們足不出戶即可縱覽全球，這不僅有利于維GIS技術(shù)的展.也推進(jìn)了三維GIS技術(shù)在實際業(yè)務(wù)和個人服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
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三維GIS是二維GIS的維度提升，但這種提升并不意味著簡單地使用“體”對象替代傳統(tǒng)的 “點、線、面”。目前的三維GIS技術(shù)已經(jīng)結(jié)合了傳統(tǒng)的三維GIS可視化 (三維模型)和虛擬現(xiàn)實的研究成果，正在追求一種基于可計算信息的沉浸式交互場景，即在三維數(shù)據(jù)上構(gòu)造各種適合建筑業(yè)的三維體塊圖形，并具備數(shù)據(jù)庫存儲、可視化、査詢和三維空間分析等功能。在視覺感受上追求使用現(xiàn)代高科技手段生成逼真的視、聽一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備（鼠標(biāo)、方向盤和體感設(shè)備等外部配件） 以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象交互作用、相互影響，產(chǎn)生親臨真實環(huán)境的感受和體驗。目前的三維GIS產(chǎn)品已經(jīng)可以不受場地限制，表現(xiàn)效果更為優(yōu)美、逼真，具有很強(qiáng)的交互性，走進(jìn)三維仿真中的虛擬環(huán)境，恰如身臨式境。
三維GIS是對現(xiàn)實城市的一個重新構(gòu)建，它以真實的地理空間位置再現(xiàn)城市現(xiàn)狀景觀 （包括地形地貌與城市建筑），并以此作為虛擬數(shù)字城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的基礎(chǔ)空間環(huán)境。該三維城市模型是反映城市現(xiàn)狀的真實模型，模型中的每棟建筑物，都具有準(zhǔn)確的空間地理坐標(biāo)，并且可以進(jìn)行量測和分析；而對于大中城市，特別是居民密集的城區(qū)來說，房屋的三維立體數(shù)字采集工作量是非常大的，因此數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)等先進(jìn)高效的數(shù)字立體采集技術(shù)，成為重要的數(shù)據(jù)采集手段。
城市真實三維數(shù)字模型的重建，除了采集城區(qū)建筑物的三維空間坐標(biāo)外，還需要具有自動建立結(jié)構(gòu)模型、自動提取建筑物紋理、進(jìn)行紋理粘貼和真實紋理替換處理等功能。對于地形起伏變化較大的地區(qū)，軟件還應(yīng)具有自動生成DEM和DOM的功能，并且能將DEM與DOM疊加，生成三維地形景觀。三維地形觀通常作為三維數(shù)字城市建筑物結(jié)構(gòu)模型的疊加基礎(chǔ)，將二者疊加集成完整的城市真實三維數(shù)字模型。三維GIS雖然只比二維GIS高了一個維度，然而其數(shù)據(jù)采集的類型和容量卻遠(yuǎn)比二維GIS要多，以建筑物為例，一般的二維GIS只需考慮該建筑物的輪廓線即可，而三維GIS不僅要記錄該建筑物的位置信息，還有它的外觀信息，而如果要考慮該建筑物的經(jīng)濟(jì)和社會屬性，則還包括其內(nèi)外部的建筑信息、裝飾信息、結(jié)構(gòu)信息等，其數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)高于幾段線條組成的二維平面圖形。
近年來隨著CPU技術(shù)的發(fā)展和高性能可視化算法的出現(xiàn)，目前三維大規(guī)模場景重建速度得到了極大的提升，同時航空近景和地面實景攝影測量的發(fā)展也為三維GIS 的發(fā)展提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使得三維GIS逐漸進(jìn)入實用化階段。盡管三維GIS能夠表現(xiàn)更豐富的城市細(xì)節(jié)（包括地上和地下、室內(nèi)和室外），但相對于三維GIS,二維GIS數(shù)據(jù)模型更加簡單和廉價，因此在很長一段時間內(nèi)，二維GIS還是無法被取代的，但會逐漸不能滿足城市信息化未來發(fā)展的需要；同樣，單獨的三維GIS目前也不能滿足應(yīng)用要求，這是因為它的價格昂貴、分析功能有限等原因。因此，發(fā)展二三維一體化的GIS軟件和平臺，而不僅僅是獨立的二維或三維GIS才是GIS軟件未來的發(fā)展方向。國內(nèi)對于這種二三維一體化的GIS空間有著不同的名詞概述，如超圖將它們的二維一體化GIS稱為真空間GIS。真空間GIS是相對于紙空間GIS而言的。所謂紙空間GIS指以投影后的紙圖坐標(biāo)空間為基礎(chǔ)的GIS，而真空間則是三維地理空間和基于地理橢球面的二維地圖空間的混合體。
三維GIS的出現(xiàn)，是GIS界對現(xiàn)實世界認(rèn)知不斷深人的一個結(jié)果，人們期待能夠看到可計算、可推理和可全息感知的多維動態(tài)時空信息，而三維GIS就是這樣的一個平臺與工具。隨著近幾年三維GIS眾多技術(shù)瓶頸的突破，許多過去難以實現(xiàn)的功能，如與二維GIS割裂、缺乏高級GIS分析、不能基于Web瀏覽和使用等都正在逐漸被克服，三維GIS也不再是一個只能看一看和査一査的花瓶角色，它正在許多城市的規(guī)劃、建設(shè)和管理部門發(fā)揮著越來越實際的作用。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/1ed79
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